Што е електромагнетна компатибилност?

Петнаесет години во оваа работа и EMC сè уште ме гризе за газ барем двапати годишно.

Минатата пролет ме повикаа на проект за компанија која произведува комбиња за испорака. Нивниот BMS постојано фрлаше грешки во пренапонот на ќелиите. Не реален пренапон - ќелиите беа во ред. ИЦ-мониторингот читаше ѓубре. Тие го бркаа ова три месеци. Ги замени AFE чиповите двапати. Повторно ожичување на сетилниот ремен. Ништо не функционираше.

Ми требаа два дена да го најдам. Нивниот моторен контролер седеше на осумнаесет инчи од батерискиот пакет. Нема заштита меѓу нив. Контролорот се префрли на 8 kHz и секој раб беше споен директно во линиите за чувствителност на напонот на ќелијата. Жиците делуваа како антени. Дваесет миливолти индуцирана бучава на мерење на кое му е потребна миливолтна точност. БМС виде скокови на напон кои не постоеја и исклучи сè.

Тоа е ЕМС. Електромагнетна компатибилност. Вашите работи мора да работат околу други работи без ниту еден да го навртува другиот.

EMC се распаѓа на два дела и треба да се справите со двете.

Емисиите значи бучава што ја испушта вашиот уред. Секое преклопно коло зрачи. Секоја жица со променлива струја создава магнетно поле. DC-DC конвертор кој работи на 200 kHz распрскува RF енергија насекаде. Ако таа енергија е доволно силна, тоа го заглавува радиото во кабината или ги корумпира пораките на CAN автобусот или го тера ABS контролерот да мисли дека тркалата се блокираат.

Подложноста е другата страна. Колку глупости може да земе вашиот уред пред да престане да работи правилно. BMS треба точно да ги чита напоните на ќелиите додека седи до инвертер кој ја зачукува DC магистралата со пулсирања од 400 ампери на 10 kHz. Сетилните кола треба да го игнорираат сето тоа и сепак да го измерат вистинскиот напон на ќелијата.

Повеќето инженери што ги среќавам размислуваат за емисиите бидејќи тоа е она на што се фокусираат регулаторните тестови. Тие забораваат на подложност додека производот не пропадне на терен. Тогаш сите паничат.

Старите оловни-киселински батерии штотуку седнаа таму. Ги забравте и поврзавте два кабли. Можеби сте имале шант за тековно мерење. Тоа беше тоа.

Литиумските пакувања имаат електроника насекаде. BMS ја следи секоја ќелија. Зборува со температурни сензори расфрлани околу пакувањето. Комуницира со возилото преку CAN или некој друг автобус. Ги контролира контакторите. Ја пресметува состојбата на полнење и здравствената состојба користејќи алгоритми кои зависат од точни мерења.

Точно е клучниот збор. Мерењето на напонот на ќелијата што се намалува за 50 миливолти ја исфрла вашата пресметка на SOC. Направете го тоа преку сто ќелии и вашата проценка на опсегот е бескорисна. Повлечете го за 100 миливолти и може да ја преполните ќелијата или да пропуштите состојба на недоволно напон.

Осетливите жици се слабата точка. Тие трчаат од секоја допир на ќелија до таблата BMS. Во големо пакување, тоа значи дека жиците поминуваат два или повеќе метри низ средина полна со електромагнетен шум. Секоја жица зема пречки. Колку е подолга жицата, толку е полош проблемот.

Работев на пакет батерии во автобус каде што сензорот работеше веднаш покрај главните шипки со DC автобус. Решетките носеа 300 ампери за време на забрзувањето. Магнетното поле од таа струја индуцираше миливолтни-ниво сигнали во сетилните жици. БМС мислеше дека клетките отскокнуваат нагоре и надолу. Влезе во режим на заштита и го усмрти автобусот на автопатот.

Electromagnetic Compatibility

Режимите на неуспех се грди.

Лажни пренапонски патувања се вообичаени. Бучавата го зголемува реалниот напон на ќелијата и BMS мисли дека ќелијата е на 4,3V кога всушност е на 4,1V. Вклучува заштита и системот се исклучува. Операторот гледа код за грешка што нема смисла бидејќи ќелиите се во ред.

Лажниот недоволно напон е полош. BMS мисли дека ќелијата е пониска отколку што навистина е. Продолжува да се испушта надвор од безбедносната граница. Се случува вистинска штета.

Грешките во комуникацијата ги мешаат работите поинаку. Батерискиот пакет може да има шест или осум табли за мониторинг-заврзани со синџир на автобус на isoSPI. Тој автобус сообраќа со неколку мегахерци. EMI корумпира пакет и одеднаш главниот контролер има лоши податоци за шеснаесет ќелии. Дали се исклучува? Дали го користи последното добро читање? Дали се интерполира? Секоја опција има проблеми.

Мерењето на температурата исто така се расипува. NTC термисторите произведуваат мали сигнали. Неколку миливолти бучава изгледаат како температурен замав од дваесет степени. BMS може да вклучи ладење што не е потребно или да пропушти термички бегство што започнува.

Постојат регулаторни стандарди, но тие се хаос од преклопувачки барања.

FCC Дел 15 ги опфаќа емисиите во Северна Америка. Поставува ограничувања за тоа колку RF енергија може да испрска во воздухот вашиот производ. Ограничувањата зависат од тоа дали продавате на потрошувачи или индустриски корисници. Индустриското станува сè поопуштено.

За возилата се занимавате и со CISPR 25 и CISPR 12. Ова се меѓународни стандарди што повеќето земји ги прифаќаат со мали измени. Тие ги специфицираат методите на тестирање и ограничувањата за спроведените и зрачените емисии од возилата и компонентите на возилото.

Европската CE ознака бара усогласеност со EMC директивата. Тоа обично значи исполнување на EN 55032 за емисии и EN 55035 за имунитет. За автомобилски работи, наместо тоа, повикувајте се на EN 50498.

Тогаш секој автомобил OEM има свои спецификации поставени на врвот. Форд го има своето. GM има друга. VW има цела книга. Овие се обично построги од регулаторните минимуми и вклучуваат тестови за имунитет што прописите едвај ги допираат.

Преминувањето низ сето ова тестирање чини пари и време. Целосната квалификација за EMC за автомобилски BMS чини од 30.000 до 50.000 американски долари и трае три до четири недели време во комората. Ако не успеете, вратете се назад и поправете ги работите и тестирајте повторно. Сум видел програми согоруваат шест месеци и 200.000 долари на ЕМС тестирање пред да добијат пропусница.

Electromagnetic Compatibility

Заштитувањето е тап инструмент. Ставете метална кутија околу чувствителните работи и повеќето пречки не можат да навлезат. Сепак, кутијата мора да биде континуирана. Шевовите протекуваат. Протекуваат дупки за конектори. Слотови за вентилација во основа се прозорци за RF енергија.

Вистинската заштита значи проводни дихтунзи на секој спој. Тоа значи филтрирани конектори или проводни кондензатори на секоја влезна точка на жица. Тоа значи дека нема слотови подолго од една десетина од брановата должина на вашата најголема фреквенција на загриженост. Тоа последното ги сопнува луѓето. Ако се грижите за пречки од 1 GHz, вашите слотови треба да бидат помали од 30 милиметри. Среќно да добиете ладен воздух преку тоа.

Филтрирањето се справува со спроведени пречки. Ги ставате индукторите и кондензаторите на вистинските места за да го блокирате шумот со висока фреквенција додека ги пренесувате сигналите или моќноста што навистина ја сакате. Филтерот за диференцијален режим се справува со бучавата што се движи низ едната жица и назад на другата жица. Задави за заеднички режим се справува со бучава што се движи во иста насока на двете жици.

Дизајнот на филтерот е тежок. Импедансата на изворот и оптоварувањето е важна. Филтерот кој одлично се тестира на клупата може да не направи ништо во вистинскиот систем бидејќи импедансите се различни. Сум видел инженери како гордо ми ги покажуваат нивните шеми на филтри и потоа се прашувам зошто мерењата на бучавата не се сменија. Тие дизајнираа за систем од 50 оми и го приклучија во нешто што изгледаше како 5 оми на фреквенциите за кои се грижеа.

Стратегијата за заземјување е местото каде што живее вистинскиот вуду. Пакетот батерии има делови за висок напон и низок напон. Страната HV ги вклучува ќелиите и главните контактори и колото за претходно полнење. Страната LV има интерфејс BMS и CAN и понекогаш изолирани DC-DC конвертори. Овие два земјени системи треба да се поврзат точно во една точка. Повеќе врски создаваат јамки. Јамките собираат пречки.

Да се најде вистинската единствена точка е уметност. Тоа зависи од тоа каде тече струјата и каде се случуваат чувствителните мерења и каде живеат изворите на бучава. Секој распоред е различен. Би сакал да можам да ви дадам формула, но не постои.

Внатре во BMS, распоредот на ПХБ ги прави или нарушува перформансите на ЕМС.

Чувајте ги дигиталните работи со голема брзина подалеку од аналогните мерни кола. Процесорот и CAN трансиверот и сите регулатори за префрлување прскаат шум. Влезовите на напонот на ќелијата и колата за мерење на температурата се чувствителни. Физичкото растојание помага. Паузите на копното помеѓу деловите помагаат повеќе.

Насочете ги диференцијалните парови заедно и одржувајте ги кратки. Сетилните линии од славините на ќелиите треба да влезат во таблата што е можно поблиску до AFE чипот. Подолгите траги собираат повеќе пречки.

Внимавајте на вашите патеки за враќање. Струјата мора да тече во јамка. Сигналот се гаси на една трага и се враќа на друга. Ако повратниот пат не е очигледен, струјата си го наоѓа својот пат и тој начин може да биде голема јамка што зрачи како антена.

Истурете бакар. Големите копнени рамнини ја намалуваат импедансата и им даваат на повратните струи патека со мала индуктивност. Шивовите ги врзуваат рамнините заедно и ги намалуваат резонанциите.

Пред неколку години се консултирав за стартување што произведува батерии за вилушкари. Нивниот БМС работеше одлично на клупата. Во виљушкар полуде. Читањата на напонот скокнаа наоколу. Пресметката на СПЦ талкаше насекаде.

Виљушкарот имаше голем DC мотор со погон на хеликоптер. Секој пат кога хеликоптерот ќе ја префрли струјата во главните кабли се менуваше за неколку стотици ампери за неколку микросекунди. Магнетното поле од тоа dI/dt се спои во сè.

Нивниот обид за поправка беше да додадат феритни зрна на сетилните линии. Не направи ништо. Пречките се спојуваа магнетно во јамките формирани од жиците за сетило. Феритите го блокираат спроведениот шум, а не спојувањето на магнетното поле.

Завршивме водење на сетилниот ремен низ флексибилен канал и насочувајќи го подалеку од главните кабли. Потоа додадовме изопачен пар од секоја чешма на ќелијата наместо единечни жици. Извртувањето ја намалува областа на јамката во која може да се спои магнетното поле. Конечно, го забавивме земање примероци на AFE чипот за да се интегрира во повеќе циклуси на пречки. Бучавата беше во просек.

Вкупната поправка чини околу три долари по пакет во дополнителна жица и канал. Не би чинело ништо ако размислувале за тоа за време на оригиналниот дизајн.

Electromagnetic Compatibility

Ако купувате батерии или табли BMS прашајте за EMC пред да купите.

По кои стандарди тестираа? Побарајте ги вистинските извештаи за тестирање не само сертификат. Извештаите го покажуваат поставувањето на тестот и маргината до крајната граница. Производ кој едвај поминал е една промена во дизајнот подалеку од неуспех.

За каква електромагнетна средина дизајнирале? BMS наменет за голф може да не преживее во транзитен автобус со три влечни инвертери.

Дали го тестираа комплетниот пакет или само таблата? Куќиштето и жиците и конекторите го менуваат однесувањето на EMC. Тестирањето на гола табла не ви кажува речиси ништо за готовиот производ.

Каков вид на филтрирање и заштита е вграден? Ако одговорот е „се потпираме на системскиот интегратор за да се справи со тоа“, имате проблем. Сега сте одговорни за усогласеноста со ЕМС и можеби немате вештини или буџет да го направите тоа правилно.

Доаѓа безжичен BMS. Наместо да пуштате сетилни жици до секоја ќелија, ставате малку безжичен модул во секоја група ќелии и тој ги пренесува податоците назад до главниот контролер. Помалку жици. Полесно за сервисирање.

Но, сега вашите мерни податоци летаат низ воздухот во радио сигнал. Тој сигнал треба да се натпреварува со целиот електромагнетен шум од електрониката за напојување. Безжичните бендови се веќе преполни. Сум видел прототипови каде што безжичниот BMS изгубил комуникација при нагло забрзување бидејќи бучавата од инвертерот го заглавила ресиверот.

Повисоките напони прават сè потешко. Индустријата се движи кон 800V и пошироко за побрзо полнење и помали кабли. Повеќе напон значи повеќе преклопна енергија и повеќе EMI. Истите техники сè уште функционираат, но мора да ги извршите подобро.

Интеграцијата постојано се зголемува. BMS и вградениот полнач и DC-DC конверторот се сместени во една кутија. Помала тежина и цена, но повеќе можности за мешање помеѓу функциите. Сензорот за аналогни ќелии треба да опстане во истото куќиште како преклопен полнач од 10 kW.

ЕМС не исчезнува. Секоја година станува се полошо бидејќи електрониката станува побрза и погуста и бараме од нив да работат во поостри средини. Пакетот батерии е срцето на електричното возило и тоа е прецизно и доверливо и покрај електромагнетната бура околу него е она што е работа на EMC.